一种高强度结构色纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度结构色纤维的制备方法，属于纺织材料技术领域。本发明专利技术以聚N‑异丙基丙烯酰胺接枝聚苯乙烯制备纳米微球乳液，采用交替沉积技术将乳液和二氧化硅微球和环氧树脂复配的混合乳液层层交替旋涂沉积在碳纤维表面，制备出具有良好力学性能的布拉格格筛状结构色纤维；二氧化硅微球具有对抗紫外线的光学性能，掺入材料中可提高材料的抗老化性和耐化学性，也可提高材料的强度、强性；本发明专利技术采用交替沉积技术将混合乳液层层交替旋涂沉积在碳纤维表面，面料的裂断长、撕裂指数、耐破指数和耐折度都有大幅提高；面料的裂断长和耐破度与纤维间的结合强度密切相关，纤维表面经过交替沉积后，使面料的纤维间结合力大幅提高。

A preparation method of high strength structural color fiber

The invention relates to a preparation method of high-strength structural color fiber, which belongs to the technical field of textile materials. The nano microsphere emulsion is prepared by grafting poly N isopropylacrylamide onto polystyrene, and alternately depositing the emulsion and the mixed emulsion of silica microspheres and epoxy resin alternately to deposit on the surface of the carbon fiber. The Prague grizzled structure color fiber with good mechanical properties is prepared, and the silica microsphere has the optical property against ultraviolet radiation. The addition of the material can improve the ageing resistance and chemical resistance of the material, and also improve the strength and strength of the material. The alternating deposition technology is used to deposit the mixed emulsion layer by layer alternately on the surface of the carbon fiber, and the breaking length, tear index, bursting index and folding resistance of the fabrics are greatly improved. The breaking length and bursting degree of the fabrics are closely related to the bonding strength of the fibers. After alternate deposition of fiber surface, the binding force between fibers of fabric is greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度结构色纤维的制备方法
本专利技术涉及一种高强度结构色纤维的制备方法，属于纺织材料

技术介绍
纺织品的染色过程实质上是以染料从外部介质向纤维的转移扩散过程为基础的，是染料在两相间的分配过程。包括染料从外相向纤维表面扩散，在纤维表面的吸附，在纤维中的扩散及在纤维内表面的吸附与固着所组成。上染过程一般分为四个阶段：（1）染料分子随染液流动靠近纤维界面此阶段主要受染液流动速率的影响，越靠近纤维界面的区域，染液的流动速率越慢，形成染液本体和纤维截面间的速度梯度。一般把染液流速从染液本体到纤维表面流速降低的区域称为动力边界层。动力边界层的体积虽小，但在染料的传递过程中起着非常重要的作用。显然，动力边界层的厚度与纤维表面的染液流速有关。染料通过纤维表面的扩散边界层向纤维表面扩散动力边界层内靠近纤维表面的染液几乎是静止的，此时，染料主要靠自身的扩散靠近纤维表面，该液层称为扩散边界层。扩散边界层中的染料浓度从染液本体到纤维表面是逐渐降低的，存在着浓度梯度，染料的扩散方向由染液本体指向纤维表面。扩散边界层是动力边界层的一部分，厚度约为动力边界层的1/10。扩散边界层会阻碍或降低纤维对染料的吸附速率。因此，在染色过程中，若染液流动速率有差异，会使得纤维表面的扩散边界层厚度不均匀，从而造成染料吸附速率或上染速率的不均匀，导致染色不匀。染料分子被纤维表面吸附染料在扩散边界层中靠近纤维到一定距离后，染料分子被纤维表面迅速吸附，并与纤维分子间产生氢键，范德华力或者库仑力相结合。染料向纤维内部扩散并固着在纤维内部染料吸附到纤维表面后，在纤维内，外形成染料浓度差，因而向纤维内部扩散并固着在纤维内部。此阶段的扩散是在固相介质中进行的，由于染料分子在扩散过程中受到纤维分子的机械阻力、化学吸引力及染料分子间吸引力的阻碍，扩散速率仅为在溶液中扩散速率的千分之一到百万分之一，这往往是决定上染速率的阶段。这种扩散直到纤维和溶液间的染料溶度到达平衡，纤维内外表面染料浓度相等即纤维染透为止。纤维中的染料分子分布在无定型区域，有的成单分子状态吸附在纤维分子链上，有的则和纤维分子链上的染料保持平衡状态，分布在纤维内孔道的溶液中，少量染料分子也可能成多分子层吸附在纤维分子链上。传统的纺织印染行业在对织物进行着色加工的时候需要耗费大量的水资源。而且，由于大约20%左右的染料损失率，加上各种助剂（渗透剂、固色剂）95%以上滞留在废水中，造成废水中有机物、无机盐含量高，色度高，化学需氧量（COD）高，同时生化需氧量（BOD）低，水质变化大，而且由于人工合成的染料和助剂很难在短时间内被分解，所以对环境造成不可恢复的破坏。随着人们环境保护意识越来越强，纺织印花行业这些年来也是积极推行清洁生产工艺，重点是前处理和染色工艺。诸如：在前处理工艺上采用高效生物酶处理技术，开发环保型助剂。在染色工艺上采用环保低碱固色的活性染料，冷轧堆染色，湿短程染色，超临界流体染色，微悬浮体染色等等，以及数码印花等新技术均有不同程度的应用。尽管这些工艺对节能降耗、减少污染的产生量均有较明显的作用，但是我们不难发现这些工艺的改进始终还是无法脱离水和染料的束缚，因而很难对环境污染有突破性的改善。结构生色现象在自然界非常普遍，近年来人们已能使用不同的方法制备出各种各样的结构色产品。由于结构生色不需印染加工，是一种清洁而且生态获得颜色的方法，最近在纺织领域也越来越受到研究者的注意。纤维是纺织面料构成的基础，传统的染色过程，也是通过染料吸附在纤维表面，从而使得面料具有颜色的。因此，纤维的颜色决定了其构成织物面料的颜色。如果能使得纤维具有结构色，那么其后续织造得到的织物面料也就相应具有了颜色。所以最近几年，有关于结构色纤维的研究相继被报道出来。可以把目前制备结构色纤维的方法分为两大类：（1）多层膜干涉；（2）三维光子晶体。多层膜干涉和三维胶体晶体是目前制备结构色纤维和面料常用的方法，但是仍然存在一些问题。多层膜干涉法由于需要精密控制每一层薄面的厚度，制备工艺复杂，成本很高，所以很难进行工业化生产；胶体微球自组装法尽管制备工艺简单，但是得到的结构色纤维或面料力学性质远远达不到服用要求。因此，开发出具有实际应该前景的结构色纤维和面料，探索出一种适合工业化生产的制备方法具有良好的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有结构色纤维力学性质达不到服用要求的问题，提供了一种高强度结构色纤维的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）将苯乙烯进行洗涤处理，即得反应液，用去离子水洗涤反应液至水层呈中性，即得洗涤液，将洗涤液进行干燥、减压蒸馏处理，收集馏分，即得预处理苯乙烯；（2）按质量比1∶10∶3将过硫酸铵、聚N-异丙基丙烯酰胺和去离子水混合，用质量分数为1%氢氧化钠溶液调节pH值为8.0～8.2，即得混合溶液，将预处理苯乙烯和混合溶液混合，进行鼓泡处理，即得基体液，将基体液进行恒温搅拌并冷却处理，即得乳液；将OP-10、二氧化硅微球和环氧树脂混合，搅拌处理，即得混合乳液；（3）将碳纤维进行性预处理，即得预处理碳纤维；将乳液和混合乳液交替沉积至预处理碳纤维表面上，每沉积完一层需进行干燥处理，即得基体纤维；（4）将基体纤维置于马弗炉中，进行煅烧处理，随炉温冷却至室温，即得高强度结构色纤维。步骤（1）所述的洗涤处理步骤为：用质量分数为10%氢氧化钠溶液洗涤苯乙烯3～5次，并用分液漏斗分离出上层油状液体，重复上述操作直至洗至无色。步骤（1）所述的干燥、减压蒸馏处理步骤为：按质量比1∶3将无水氯化钙和洗涤液混合干燥在温度为40～44℃，压力为18～20mmHg下减压蒸馏。步骤（2）所述的鼓泡处理步骤为：按质量比1∶3将预处理苯乙烯和混合溶液混合，在氮气气氛下，室温下鼓泡20～30min。步骤（2）所述的恒温搅拌并冷却处理步骤为：将基体液在温度为70～75℃，搅拌速度为500～550r/min下恒温搅拌6～8h后，用温度为0℃的去离子水冷却。步骤（2）所述的搅拌处理步骤为：按质量比1∶5∶7将OP-10、二氧化硅微球和环氧树脂混合，在搅拌速度为500～600r/min下搅拌30～40min。步骤（3）所述的预处理步骤为：将碳纤维分别用丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗20～30min，并置于温度为60～70℃的烘箱中干燥至恒重，冷却至室温。步骤（3）所述的将乳液和混合乳液交替沉积至预处理碳纤维表面上步骤为：在电压为1.8～3.0V下将乳液和混合乳液交替沉积至预处理碳纤维表面上，共沉积7层，每一层的沉积时间为100～120s，第1、3、5、7层为混合乳液，第2、4、6层为乳液。步骤（3）所述的干燥处理步骤为：每沉积完一层需置于温度为30～40℃的烘箱中干燥30～40min。步骤（4）所述的煅烧处理的步骤为：将基体纤维置于马弗炉中，以5～10℃的升温速率升温至300～320℃下，恒温煅烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度结构色纤维的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：/n（1）将苯乙烯进行洗涤处理，即得反应液，用去离子水洗涤反应液至水层呈中性，即得洗涤液，将洗涤液进行干燥、减压蒸馏处理，收集馏分，即得预处理苯乙烯；/n（2）按质量比1∶10∶3将过硫酸铵、聚N-异丙基丙烯酰胺和去离子水混合，用质量分数为1%氢氧化钠溶液调节pH值为8.0～8.2，即得混合溶液，将预处理苯乙烯和混合溶液混合，进行鼓泡处理，即得基体液，将基体液进行恒温搅拌并冷却处理，即得乳液；将OP-10、二氧化硅微球和环氧树脂混合，搅拌处理，即得混合乳液；/n（3）将碳纤维进行性预处理，即得预处理碳纤维；将乳液和混合乳液交替沉积至预处理碳纤维表面上，每沉积完一层需进行干燥处理，即得基体纤维；/n（4）将基体纤维置于马弗炉中，进行煅烧处理，随炉温冷却至室温，即得高强度结构色纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度结构色纤维的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将苯乙烯进行洗涤处理，即得反应液，用去离子水洗涤反应液至水层呈中性，即得洗涤液，将洗涤液进行干燥、减压蒸馏处理，收集馏分，即得预处理苯乙烯；
（2）按质量比1∶10∶3将过硫酸铵、聚N-异丙基丙烯酰胺和去离子水混合，用质量分数为1%氢氧化钠溶液调节pH值为8.0～8.2，即得混合溶液，将预处理苯乙烯和混合溶液混合，进行鼓泡处理，即得基体液，将基体液进行恒温搅拌并冷却处理，即得乳液；将OP-10、二氧化硅微球和环氧树脂混合，搅拌处理，即得混合乳液；
（3）将碳纤维进行性预处理，即得预处理碳纤维；将乳液和混合乳液交替沉积至预处理碳纤维表面上，每沉积完一层需进行干燥处理，即得基体纤维；
（4）将基体纤维置于马弗炉中，进行煅烧处理，随炉温冷却至室温，即得高强度结构色纤维。


2.根据权利要求1所述的一种高强度结构色纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的洗涤处理步骤为：用质量分数为10%氢氧化钠溶液洗涤苯乙烯3～5次，并用分液漏斗分离出上层油状液体，重复上述操作直至洗至无色。


3.根据权利要求1所述的一种高强度结构色纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的干燥、减压蒸馏处理步骤为：按质量比1∶3将无水氯化钙和洗涤液混合干燥在温度为40～44℃，压力为18～20mmHg下减压蒸馏。


4.根据权利要求1所述的一种高强度结构色纤维的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的鼓泡处理步骤为：按质量比1∶3将预处理苯乙烯和混合溶液混合，在氮气气氛下，室温下鼓泡20～30min。

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【专利技术属性】
技术研发人员：曹运福，
申请(专利权)人：曹运福，
类型：发明
国别省市：福建;35